專(zhuān)利名稱(chēng)：配置用于監(jiān)視空間區(qū)域的監(jiān)視設(shè)備的方法
配置用于監(jiān)視空間區(qū)域的監(jiān)視設(shè)備的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及配置用于監(jiān)視空間區(qū)域、特別是用于對(duì)以自動(dòng)化方式操作 的機(jī)器或裝置的工作區(qū)域進(jìn)行故障防護(hù)監(jiān)視的監(jiān)視J殳備的方法。
本發(fā)明也涉^目對(duì)應(yīng)的監(jiān)視設(shè)備。
傳統(tǒng)上通過(guò)機(jī)械屏障(防護(hù)圍欄、防護(hù)門(mén))和/或通過(guò)光屏障、光簾
(light curtain )、激光掃描器等作為事故防護(hù)手段來(lái)保護(hù)以自動(dòng)化方式操 作的機(jī)器或裝置的工作區(qū)域。 一旦人或物體突破屏障，就停止機(jī)器或裝置 或以其它方式4吏機(jī)器或裝置不4St成傷害。
在復(fù)雜的機(jī)器和裝置的情況下，用于此類(lèi)防護(hù)的開(kāi)支可能變得非常 高。必須非常準(zhǔn)確地對(duì)準(zhǔn)和裝配光屏障、光簾等。另外，它們只能監(jiān)視在 光發(fā)送器與光接收器之間的直的區(qū)域，從而需要多個(gè)光屏障、光簾等以便 保護(hù)四周復(fù)雜的工作區(qū)域。此外，機(jī)械屏障和傳統(tǒng)的光屏障、光簾等僅提 供有限靈活性，從而使修^視和防護(hù)空間以適應(yīng)變化的工作環(huán)境花費(fèi)頗 多。
為了避免這些缺點(diǎn)，有一段時(shí)間已提出借助照相機(jī)和現(xiàn)代圖像處理方 法來(lái)保護(hù)危險(xiǎn)機(jī)器和裝置的工作空間。例如在WO 2004/029502 Al中說(shuō) 明了這樣的方法和相對(duì)應(yīng)的設(shè)備。該監(jiān)視設(shè)^^吏用同時(shí)記錄務(wù)床護(hù)的機(jī)器 的工作區(qū)域的至少兩個(gè)圖像拾取單元。對(duì)兩個(gè)圖像拾取單元的圖像進(jìn)行三 維場(chǎng)景分析以確定距離信息。因此有可能檢測(cè)擅入機(jī)器的危險(xiǎn)工作區(qū)域中 的異物以〗更切斷機(jī)器或以其它方式使其安全。
DE 10 2004 020 998 Al公開(kāi)了該監(jiān)4SL設(shè)備的另一方面，即用于圖4象拾 取單元的成像光學(xué)器件的有利實(shí)現(xiàn)。此外，這里提出在監(jiān)視的區(qū)域內(nèi)布置 至少一個(gè)參考物以便檢測(cè)例如由于污染、水滴和其它項(xiàng)對(duì)檢測(cè)可靠性造成 的損害。因此還有可能通過(guò)圖像拾取單元查看方向有意或者無(wú)意的改變來(lái) 檢測(cè)對(duì)監(jiān)視設(shè)備的操控。
EP 1 065 522 Bl公開(kāi)了一種監(jiān)視設(shè)備，其中借助圖像拾取單元來(lái)檢 測(cè)光脈沖的傳播時(shí)間以便獲得監(jiān)視的空間區(qū)域的三維圖像。通過(guò)與先前存 儲(chǔ)的參考值做比較，有可能檢測(cè)到是否有物體擅AJ&視的區(qū)域中。
DE 197 09 799 Al和DE 101 38 960 Al公開(kāi)了使用圖像拾取單元的其
它監(jiān)視設(shè)備。首次提到的文獻(xiàn)提出了用于生成三維圖像信號(hào)集并將其與對(duì) 應(yīng)的參考信號(hào)集做比較的立體圖像評(píng)估。如果當(dāng)前場(chǎng)景情形偏離參考模型
則可檢測(cè)到物體。DE 101 38 960 Al提出了一種借助亮度差來(lái)確定距離信 息的方法。
最后，DE 41 13 992 Al公開(kāi)了 一種用于危險(xiǎn)空間的自動(dòng)三維監(jiān)視的 方法，其中在監(jiān)視階段中借助計(jì)算機(jī)來(lái)評(píng)估來(lái)自至少兩個(gè)電子成像器的圖 像。在這一布置中，至少兩個(gè)成像器被校準(zhǔn)到公共坐標(biāo)系，從而對(duì)各成像 器在任何像素可指定投影坐標(biāo)。這一方法根據(jù)交叉(crossed)光屏障的 原理來(lái)操作。在監(jiān)視階段中，針對(duì)變化來(lái)檢查成像器的像素。
所有這些監(jiān)視設(shè)備的共同之處在于它們嘗試記錄監(jiān)視的空間區(qū)域的 三維圖像以便決定是否要停止機(jī)器或裝置。術(shù)語(yǔ)"三維圖像，，指的是空間區(qū) 域的圖像，該圖像除了包括普通(2維)圖像之外還包括來(lái)自空間區(qū)域中 個(gè)別或所有物體的距離信息。距離信息例如可以通過(guò)傳播時(shí)間測(cè)量方法、 立體圖4象處理或以其它方式來(lái)獲得。
根據(jù)這一原理操作的監(jiān)視設(shè)備仗需少量安裝和組裝開(kāi)支，因?yàn)槠淇蓮?中心位置觀察空間區(qū)域。此外，這些監(jiān)視設(shè)備還非常靈活，因?yàn)榭伸`活地 限定單獨(dú)的監(jiān)視區(qū)域。原則上，三維圖像內(nèi)的任意彎曲路線和輪廓都可被 限定為"虛擬防護(hù)圍欄"或者"虛擬保護(hù)空間"。 一旦物體擅入虛擬保護(hù)空間 或突破虛擬防護(hù)圍欄，就從具有防護(hù)門(mén)、光屏障、光柵等的防護(hù)手段如已 知的那樣觸發(fā)安全功能。還很有可能在機(jī)器或裝置操作時(shí)改變或修改虛擬 保護(hù)區(qū)域。
另一方面，當(dāng)在機(jī)器或裝置處設(shè)置和配置監(jiān)視設(shè)備時(shí)，由于虛擬保護(hù) 區(qū)域所導(dǎo)致的高度靈活性造成了困難。在機(jī)器或裝置處組裝防護(hù)圍欄或光 簾期間，由于屏障的機(jī)械布置可容易地識(shí)別保護(hù)區(qū)域的路線。然而，這并 不適用于具有虛擬保護(hù)空間的監(jiān)^Li丈備。
另夕卜，虛擬保護(hù)空間的位置和準(zhǔn)確路線是與安全有關(guān)的特征，即有必 M證期望的虛擬保護(hù)空間實(shí)際上準(zhǔn)確地延伸到期望其延伸到的地方。否 則可能發(fā)生對(duì)監(jiān)視的裝置的危險(xiǎn)區(qū)域的未檢測(cè)到的聞入且因而發(fā)生嚴(yán)重 的損害和個(gè)人傷害。此外，需JH^證在虛擬防護(hù)圍欄中沒(méi)有間隙，這一點(diǎn) 由于虛擬保護(hù)空間的高設(shè)計(jì)自由度和靈活性而頗為困難。
上述DE 41 13 992 Al針對(duì)設(shè)置保護(hù)空間而提出將所謂的測(cè)量標(biāo)記放 置于期望跨皿視區(qū)域的空間位置上。此后，借助記錄的圖4象來(lái)確定測(cè)量標(biāo)記的空間坐標(biāo)。所獲得的空間坐標(biāo)跨^視區(qū)域。然而，設(shè)置監(jiān)視區(qū)域
的這一方法并非最優(yōu)，因?yàn)樵撛O(shè)置需要對(duì)標(biāo)記點(diǎn)的物理訪問(wèn)。此夕卜，DE 41 13 992 Al沒(méi)有公開(kāi)任何用于保證監(jiān)視區(qū)域的故障防護(hù)配置的機(jī)制。
針對(duì)這一背景，本發(fā)明的目的在于提供一種用于配置前述類(lèi)型的監(jiān)視 設(shè)備從而可盡可能筒單地并且在任何情況下都以故障防護(hù)方式來(lái)配置監(jiān) 視區(qū)域的方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，通過(guò)一種用于配置用于監(jiān)視空間區(qū)域的監(jiān)視 設(shè)備的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目的，其中監(jiān)視設(shè)備包括生成空間區(qū)域的三維圖像 的至少一個(gè)圖像拾取單元，該方法包括以下步驟
-記錄和顯示空間區(qū)域的三維圖像，
-確定三維圖像中的多個(gè)空間點(diǎn)，
-使用空間點(diǎn)來(lái)限定配置平面，
-關(guān)于配置平面生成至少一個(gè)可變幾何元素，該幾何元素疊加在圖4象
上，
-生成表示幾何元素到空間區(qū)域的變換的數(shù)據(jù)記錄，以及
-將數(shù)據(jù)記錄轉(zhuǎn)移到監(jiān)視設(shè)備，其中監(jiān)視設(shè)備被設(shè)計(jì)成4吏用數(shù)據(jù)記錄 監(jiān)視空間區(qū)域。
才艮據(jù)4^發(fā)明的另一方面，提供一種用于監(jiān)視空間區(qū)域的監(jiān)視設(shè)備，該 監(jiān)視設(shè)備包括用于生成空間區(qū)域的三維圖像的至少一個(gè)圖像拾取單元、用 于根據(jù)圖像來(lái)觸發(fā)控制功能的評(píng)估單元以及用于配置評(píng)估單元的配置設(shè) 備，該配置設(shè)備包括
-顯示器，用于顯示空間區(qū)域的三維圖像，
-第一配置元件，用于確定三維圖4象中的多個(gè)空間點(diǎn)，
-第二配置元件，用于^^用空間點(diǎn)來(lái)限定配置平面，
誦第三配置元件，用于生成與配置平面有關(guān)的至少一個(gè)可變幾何元素， 其中第三配置元件被布置成將可變幾何元素疊加到圖^象中，
-第四配置元件，用于生成表示幾何元素到空間區(qū)域的變換的數(shù)據(jù)記 錄，以及
-通信接口，用于將數(shù)據(jù)記錄轉(zhuǎn)移到評(píng)估單元，評(píng)估單元被設(shè)計(jì)成使 用數(shù)據(jù)記錄來(lái)監(jiān)視空間區(qū)域。 可以特別有利地借助一種計(jì)算M序來(lái)實(shí)施本發(fā)明，該計(jì)算枳4呈序包 括被設(shè)計(jì)成當(dāng)在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行該計(jì)算機(jī)程序時(shí)執(zhí)行上述類(lèi)型的方法的程
序代碼。在本發(fā)明的特別優(yōu)選實(shí)施例中，商用PC與這種計(jì)算機(jī)程序結(jié)合
地使用作為監(jiān)視設(shè)備的配置設(shè)備。
本發(fā)明使用監(jiān)視的空間區(qū)域的實(shí)際圖像來(lái)在顯示的圖像中限定監(jiān)視 區(qū)域。在優(yōu)選實(shí)施例中，使用空間區(qū)域的"凍結(jié)的"實(shí)際圖像，即存儲(chǔ)于配
置設(shè)備中的實(shí)際圖像。這具有以下優(yōu)點(diǎn)可以在配置設(shè)備中配置監(jiān)視區(qū)域 而無(wú)需配置設(shè)備在配置過(guò)程中連接到圖像拾取單元。然而作為替代方式， 也有可能通過(guò)使用至少一個(gè)圖像拾取單元的實(shí)況圖像來(lái)執(zhí)行配置。
本發(fā)明還包括在實(shí)際圖像中或借助實(shí)際圖像確定多個(gè)空間點(diǎn)以及使 用這些空間點(diǎn)來(lái)限定配置平面。確定空間點(diǎn)包括確定三維實(shí)際圖像的所選 和/或所標(biāo)識(shí)的空間點(diǎn)的空間坐標(biāo)。通過(guò)^f吏用這些標(biāo)識(shí)的空間點(diǎn)來(lái)限定空 間平面創(chuàng)建了在"虛擬，，配置平面何實(shí)際空間區(qū)域之間的明確關(guān)系。該關(guān)系 允許限定與實(shí)際空間區(qū)域有明確和限定好的關(guān)系的虛擬幾何元素。通過(guò)生 成并將相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)記錄發(fā)送到監(jiān)視設(shè)備、特別是該監(jiān)視設(shè)備的評(píng)估單
元，虛擬幾何元素祐:投影到實(shí)際空間區(qū)域中。
這一投影由于通過(guò)使用實(shí)際空間點(diǎn)來(lái)限定的配置平面是可逆地明確 的。因而可以可靠和安全地配置幾何元素形式的監(jiān)視區(qū)域。
由于幾何元素在一方面可以在空間區(qū)域的實(shí)際圖像中或者在該實(shí)際 圖像上很筒易地用圖形來(lái)表示，且另一方面可表示到實(shí)際空間區(qū)域中的明 確投影，所以新的過(guò)程提供了簡(jiǎn)單和清楚的配置。此外，用戶(hù)可以4艮好地 評(píng)定與實(shí)際機(jī)器或裝置有關(guān)的監(jiān)視區(qū)域的位置和范圍。
總體而言，本發(fā)明因此提供了最初說(shuō)明的類(lèi)型的監(jiān)視設(shè)備的簡(jiǎn)單可靠 的配置。因此完全地實(shí)現(xiàn)了上述目的。
在本發(fā)明的改進(jìn)中，在記錄三維圖像之前將多個(gè)設(shè)置標(biāo)記放置在空間 區(qū)域中，以確定圖《象中的空間點(diǎn)。
設(shè)置標(biāo)記是在空間區(qū)域的圖像中可明確、快速識(shí)別的具有限定結(jié)構(gòu)的
圖案。使用該設(shè)置標(biāo)記有助于自動(dòng)確定空間點(diǎn)并因而增加配置監(jiān)^Li殳備的 便利。另一方面，使用限定的設(shè)置標(biāo)記有助于避免確定和分配空間點(diǎn)時(shí)的 錯(cuò)誤。監(jiān)視設(shè)備的配置因此變得更簡(jiǎn)易和可靠。
在又一改進(jìn)中，在圖《象中自動(dòng)尋找i殳置標(biāo)記并用符號(hào)標(biāo)記r沒(méi)置標(biāo)記。
該改進(jìn)包括第一控制能力，因?yàn)橛脩?hù)借助(自動(dòng)發(fā)出的)符號(hào)可容易
地檢查限定的設(shè)置標(biāo)記的位置是否由配置設(shè)備檢測(cè)到和接受。此外還有助 于配置并減少配置所需時(shí)間。
在又一改進(jìn)中，在使監(jiān)視設(shè)備進(jìn)行操作之前去除-沒(méi)置標(biāo)記。
該改進(jìn)提高了對(duì)監(jiān)視設(shè)備免于有意或無(wú)意的操控的保護(hù)，因?yàn)榉乐沽?無(wú)設(shè)置標(biāo)記的(重新)配置。
在又一改進(jìn)中，確定不位于同一直線上的至少三個(gè)空間點(diǎn)。
該實(shí)施例提供了對(duì)與實(shí)際空間區(qū)域有關(guān)的平面的自由選擇。用戶(hù)可在 監(jiān)視的空間區(qū)域中自由地限定配置平面。因而可對(duì)配置進(jìn)行最優(yōu)地修改以 適應(yīng)于監(jiān)視的機(jī)器或裝置的個(gè)別條件。作為替代方式，可預(yù)定配置平面的 一個(gè)或兩個(gè)中止點(diǎn)，從而用戶(hù)只能將平面改變至受限制的程度。
在又一改進(jìn)中，借助至少三個(gè)空間點(diǎn)來(lái)確定配置平面并確定在配置平 面以外的第四空間點(diǎn)。
該實(shí)施例使得更容易限定其原點(diǎn)在物體如開(kāi)關(guān)盒上或者之下的用戶(hù) 坐標(biāo)系。在這種情況下，坐標(biāo)系的原點(diǎn)有利l故置于第四空間點(diǎn)到由其它 三個(gè)空間點(diǎn)所確定的配置平面中的投影上。這一實(shí)施例增加了靈活性并進(jìn) 一步簡(jiǎn)化了配置。
在又一改進(jìn)中，配置平面圖形地疊加到顯示的圖《象上。
在優(yōu)選示例實(shí)施例中，配置平面以格狀網(wǎng)的形式或以同心圓和/或(從
相對(duì)于平面限定的坐標(biāo)系的原點(diǎn)開(kāi)始的)動(dòng):射線的形式疊加到空間區(qū)域的 所顯示的實(shí)際圖像中。另外，如果圖像拾取單元的視線、投影的陰影和其 它輔助線疊加到顯示的圖像以限定監(jiān)視區(qū)域則是優(yōu)選的。該"人工"輔助元 素到顯示的實(shí)際圖像中的疊加有助于監(jiān)視空間的精確限定，且特別地有助 于實(shí)施無(wú)縫保護(hù)。
在又一實(shí)施例中，可變幾何元素圖形地疊加到顯示的圖像中。
疊加可變幾何元素實(shí)現(xiàn)了圖形地確n視區(qū)域，這是特別簡(jiǎn)單和便利 的。通過(guò)這種方式，也可快速和可靠地檢查監(jiān)視區(qū)域設(shè)置。
有利地，提供具有多個(gè)預(yù)定的幾何元素的庫(kù)，用戶(hù)可從該庫(kù)中選擇適 當(dāng)?shù)膸缀卧兀@進(jìn)一步加速對(duì)監(jiān)視設(shè)備的配置。另外，優(yōu)選的是用戶(hù)可
用自有幾何元素來(lái)擴(kuò)展該庫(kù)和/或從通常使用的CAD程序?qū)霂缀卧亍?br> 如果用戶(hù)可在配置過(guò)程中在2維視圖與3維視圖之間切換以便在不同 視圖中評(píng)定監(jiān)視區(qū)域則也是優(yōu)選的。
在又一改進(jìn)中，幾何元素具有與配置平面垂直的側(cè)面。
相比之下，基本上有可能確定與配置平面成斜角的幾何元素。然而， 限制到垂直的幾何元素防止了監(jiān)視空間變得混亂并且因此有助于在保護(hù) 機(jī)器或裝置時(shí)增加安全性。
在又一改進(jìn)中，確定并且相互組合多個(gè)幾何元素。
在該改進(jìn)中，由此確定幾何元素的排列，并通過(guò)4吏用該排列或多個(gè)單 獨(dú)的監(jiān)視空間的組合來(lái)配置監(jiān)視設(shè)備。該實(shí)施例是一種非常簡(jiǎn)易和高效的 可能實(shí)施例，該可能實(shí)施例在一方面為用戶(hù)提供了高靈活性而在另一方面 有助于提供清楚且因而安全的配置。
在又一改進(jìn)中，多個(gè)參考標(biāo)記放置于空間區(qū)域中且與圖像一起記錄， 其中為各參考標(biāo)記確定參考位置。
參考標(biāo)記有利地是空間區(qū)域中與設(shè)置標(biāo)記的圖案相區(qū)別的限定好的 圖案。該實(shí)施例可用來(lái)容易地檢查至少一個(gè)圖像拾取單元的對(duì)準(zhǔn)及其正確 的運(yùn)行。
在又一改進(jìn)中，監(jiān)視設(shè)備包括至少第一和第二圖像拾取單元，至少第 一和第二圖l象拾取單元相對(duì)于彼此在空間上偏移地布置，且生成空間區(qū)域 的第一圖像和部分偏移的第二圖像，第一圖像和第二圖像的公共圖像區(qū)域 顯示為三維圖#>。
此信息對(duì)于可靠地配置監(jiān)視區(qū)域大為有利，因?yàn)閮蓚€(gè)在空間上偏移的
而，為了保護(hù)危險(xiǎn)的機(jī)器和裝置，重要的是用以下方式限n視區(qū)域使得 涉及到的所有圖像拾取單元可觀測(cè)相對(duì)應(yīng)的空間區(qū)域。如果通過(guò)使用立體 方法來(lái)生成三維圖像，則該實(shí)施例是特別有利的。然而，該實(shí)施例還可有 利地用在例如僅由于冗余度而使用兩個(gè)或更多圖像拾取單元的其它監(jiān)視 設(shè)備中。
在又一改進(jìn)中，數(shù)據(jù)記錄限定了與幾何元素相對(duì)應(yīng)的空間區(qū)域的部 分，其中物體被引入到空間區(qū)域的該部分中，且其中在引入到空間區(qū)域的
該部分中的過(guò)程中記錄物體的實(shí)況圖像并將該實(shí)況圖像存檔。
在該改進(jìn)中，在已經(jīng)限定幾何元素之后關(guān)于監(jiān)^L設(shè)備實(shí)際上是否以所 期望的方式做出響應(yīng)來(lái)進(jìn)行實(shí)際檢查。該檢查有利地與實(shí)況圖像一起記錄 并且加以存檔。該改進(jìn)提供了用于將配置歸檔的很簡(jiǎn)易且便利的可能，這 對(duì)于保護(hù)機(jī)器和裝置至關(guān)重要。
毋庸贅言，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，不但可以在指定組合中并 且也可以在其它組合中或者單獨(dú)地運(yùn)用前述特征以及下文要說(shuō)明的特征。
在附圖中示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例并且將在以下描述中更具體
地說(shuō)明本發(fā)明的示例實(shí)施例，在附圖中
圖l示出了實(shí)施例的示意圖，其中包括兩個(gè)圖像拾取單元的監(jiān)視設(shè)備 保護(hù)機(jī)器人的工作區(qū)域，
圖2在頂視圖示出了

圖1的實(shí)施例，
圖3示出了當(dāng)根據(jù)優(yōu)選示例實(shí)施例配置圖1和圖2的監(jiān)視設(shè)備時(shí)屏幕 顯示的簡(jiǎn)化圖，
圖4示出了當(dāng)根據(jù)優(yōu)選示例實(shí)施例配置圖1和圖2的監(jiān)^li殳備時(shí)的又 一屏幕顯示，以及
圖5示出了用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選示例實(shí)施例的流程圖。
在圖1中，根據(jù)本發(fā)明的監(jiān)視設(shè)備的示例實(shí)施例由附圖標(biāo)記10總地 表示。監(jiān)視設(shè)備10在此用于監(jiān)視機(jī)器人14的危險(xiǎn)工作區(qū)域12。這是新 穎監(jiān)視設(shè)備的優(yōu)選示例應(yīng)用。然而，本發(fā)明不限于此且還可用來(lái)保護(hù)其它 機(jī)器和裝置。
此外，本發(fā)明還可用在其它領(lǐng)域，如用于配置用于監(jiān)視貴重物品(保 險(xiǎn)庫(kù)監(jiān)視等)和/或監(jiān)視公共建筑物、機(jī)場(chǎng)等的入口區(qū)域的監(jiān)視區(qū)域。其 還可用來(lái)將監(jiān)視區(qū)域配置為質(zhì)量控制和質(zhì)量保證的一部分。
監(jiān)^!i殳備10在此包括兩個(gè)圖^象拾取單元16、 18，為求筒潔在下文中 稱(chēng)之為照相機(jī)。在本申請(qǐng)的特別優(yōu)選實(shí)施例中，監(jiān)視i殳備包括一起跨越近 似等邊三角形的三個(gè)照相機(jī)。照相機(jī)16、 18用于記錄機(jī)器人14及其環(huán)境 區(qū)域的三維圖像，其中在優(yōu)選實(shí)施例中借助通過(guò)引用全部包括在此的最初 提到的WO 2004/029502 Al中描述的三維場(chǎng)景分析方法來(lái)獲得距離信息。
作為替代方式，本發(fā)明還可用在借助傳播時(shí)間測(cè)量方法或以其它方式 來(lái)拾取三維圖像的監(jiān)視設(shè)備中。
如果照相機(jī)16、 18拾取監(jiān)視的空間區(qū)域的t變和/或彩色圖像則是優(yōu) 選的。然而原則上，照相機(jī)16、 18還可記錄紅外圖像或其它波長(zhǎng)帶中的 圖像。
附圖標(biāo)記20表示評(píng)估單元，該評(píng)估單元接收和評(píng)估照相機(jī)16、 18 的圖像以根據(jù)照相機(jī)16、 18的圖像停止機(jī)器人14。因而，評(píng)估單元20
經(jīng)由鏈路22連接到機(jī)器人14。
評(píng)估單元20可以是機(jī)器人14的操作控制的一部分。然而優(yōu)選地，其 是獨(dú)立處理對(duì)機(jī)器人的與安全有關(guān)的監(jiān)視的分離的評(píng)估單元。然后分離地 實(shí)施機(jī)器人14的操作控制(此處未示出)。
附圖標(biāo)記24表示通過(guò)其可配置監(jiān)視設(shè)備10的配置設(shè)備。根據(jù)優(yōu)選實(shí) 施例，配置設(shè)備包括具有顯示器28的傳統(tǒng)PC 26。 PC 26經(jīng)由數(shù)據(jù)^i^ 29連接至評(píng)估單元20。在優(yōu)選示例實(shí)施例中，數(shù)據(jù)鏈路29是以太網(wǎng)^ 或SafetyBus⑧鏈路。后者是為與安全有關(guān)的應(yīng)用而專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的本申請(qǐng)的現(xiàn) 場(chǎng)總線系統(tǒng)。在其它示例實(shí)施例中，配置i殳備24集成于評(píng)估單元20中。 在這種情況下，在評(píng)估單元與配置設(shè)備之間的通信接口是在兩個(gè)功能單元 之間的內(nèi)部接口，該內(nèi)部接口例如可以是軟件接口。
在顯示器28上示出監(jiān)視的空間區(qū)域12的圖像30。根據(jù)優(yōu)選示例實(shí) 施例，圖像30是用照相機(jī)16、 18記錄的空間區(qū)域12的"凍結(jié)的"實(shí)際圖 像。在優(yōu)選示例實(shí)施例中，借助疊加到圖像30上的用圖形生成的幾何元 素來(lái)配置監(jiān)視區(qū)域(見(jiàn)圖3和圖4 )。
用附圖標(biāo)記32、 34象征性地示出照相機(jī)16、 18的拾取或查看區(qū)域。 可容易地看出兩個(gè)照相機(jī)16、 18的區(qū)域32、 34關(guān)于彼此略有偏移并且存 在用附圖標(biāo)記36表示的公共重疊拾取區(qū)域。有利地僅針對(duì)公共拾取區(qū)域 36進(jìn)行空間區(qū)域的配置和監(jiān)視。
附圖標(biāo)記38表示在下文中稱(chēng)為報(bào)警區(qū)域的第一監(jiān)視區(qū)域。附圖標(biāo)記 40表示在下文中稱(chēng)為保護(hù)或停止區(qū)域的第二監(jiān)視區(qū)域。
如圖1中舉例所示，監(jiān)視區(qū)域38、 40形成防止人42對(duì)機(jī)器人14的 工作區(qū)域12的未檢測(cè)到的擅入的虛擬圍欄。如l艮警區(qū)域38所示，該圍 欄可"懸浮，，，即其沒(méi)必要座落在地面上。
圖2從頂部示出了報(bào)警區(qū)域38和保護(hù)區(qū)域40的位置。如圖所示，兩 個(gè)區(qū)域近似半圃地包圍機(jī)器人的工作區(qū)域12。工作區(qū)域12的開(kāi)放部分可 例如通過(guò);W^屏障(此處未示出)保護(hù)。不用說(shuō)監(jiān)視區(qū)域38、 40也可完 全地包圍機(jī)器人14的工作區(qū)域12或可具有不同路線。
附圖標(biāo)記46、 48、 50表示放置于地上以便以下文中描述的方式來(lái)配 置監(jiān)視設(shè)備10的三個(gè)設(shè)置標(biāo)記。有利地，在配置過(guò)程之后去除這些設(shè)置 標(biāo)記。
附圖標(biāo)記52、 54表示也布置于照相機(jī)16、 18的抬、取區(qū)域36中的兩 個(gè)參考標(biāo)記。與設(shè)置標(biāo)記相對(duì)比，這些參考標(biāo)記52、 54保持于公共拾取 區(qū)域36中。在監(jiān)視設(shè)備10的操作過(guò)程中，參考標(biāo)記52、 54可用來(lái)險(xiǎn)查 照相機(jī)16、 18的拾取區(qū)域32、 34是否偏移和/或照相機(jī)16、 18的光學(xué)器 件是否受到污染。
如圖2所示，設(shè)置標(biāo)記46、 48、 50和參考標(biāo)記52、 54可被識(shí)別地互 不相同。然而在兩種情況下，標(biāo)記都包括提供所拾取的圖像30中的筒單 識(shí)別的預(yù)定的高對(duì)比(high-contrast)圖案。
在下文中，參照?qǐng)D3、圖4和圖5來(lái)描述用于配置監(jiān)^L設(shè)備10的優(yōu) 選示例實(shí)施例。相同的附圖標(biāo)記表示與之前相同的元件。
在圖3和圖4中，示出了兩個(gè)屏幕圖，這些圖示出了在借助配置設(shè)備 24對(duì)監(jiān)視設(shè)備10進(jìn)行配置的過(guò)程中的中間步驟。圖5借助流程圖說(shuō)明了 各個(gè)方法步驟。
根據(jù)步驟60,照相機(jī)16、 18必須首先被安裝和對(duì)準(zhǔn)到機(jī)器人14的 工作區(qū)域12。優(yōu)選地，先大致地;tO^對(duì)準(zhǔn)兩個(gè)照相機(jī)。此后是"電子精細(xì) 調(diào)整"，即以電子方式選棒清確的監(jiān)視區(qū)域。然后，根據(jù)步驟62,設(shè)置配 置設(shè)備24到評(píng)估單元20的連接。根據(jù)步驟64，在兩個(gè)照相機(jī)16、 18的 拾取區(qū)域36中放置設(shè)置標(biāo)記46、 48、 50和參考標(biāo)記52、 54。根據(jù)步驟 66，然后借助兩個(gè)照相機(jī)16、 18來(lái)拾取圖像并將圖像轉(zhuǎn)移到配置設(shè)備24。 圖像30 (具有例如從立體圖像處理獲得的補(bǔ)充的距離信息)存儲(chǔ)于配置 設(shè)備25的存儲(chǔ)器(這里未示出)中并顯示于顯示器28上以對(duì)監(jiān)視區(qū)域進(jìn) 行簡(jiǎn)單配置。圖3和圖4示出了在下文進(jìn)一步說(shuō)明的新穎方法的中間步驟 處的圖4象30，和30"。
根據(jù)步驟68,首先在圖像30中尋找設(shè)置標(biāo)記46、 48、 50。優(yōu)選地， 借助在圖像中尋找設(shè)置標(biāo)記46、 48、 50的已知圖案的適當(dāng)?shù)膱D像處理算 法來(lái)自動(dòng)地執(zhí)行該搜索。當(dāng)算法檢測(cè)到設(shè)置標(biāo)記時(shí)，用符號(hào)70對(duì)其進(jìn)行 標(biāo)記，從而申請(qǐng)人可識(shí)別算法是否已檢測(cè)到"正確的，，設(shè)置標(biāo)記并正確地確 定了其位置。作為其替代或補(bǔ)充，該方法原則上也可用"自然的"i殳置標(biāo)記、 也就是基于現(xiàn)有的目標(biāo)點(diǎn)來(lái)執(zhí)行。
在圖3中的圖內(nèi)，符號(hào)70是指向所計(jì)算的各i殳置標(biāo)記46、 48、 50 的中心點(diǎn)的豎直箭頭。然而，也可以有其它符號(hào)70，例如在檢測(cè)的各i殳 置標(biāo)記周?chē)目蛐螛?biāo)記。
根據(jù)步驟72，然后通iti^擇三個(gè)設(shè)置標(biāo)記46、 48、 50來(lái)限定配置平
面74。配置平面74在此以疊加到空間區(qū)域的凍結(jié)的實(shí)際圖《象上的格狀網(wǎng) 來(lái)表示。
此外，限定了在圖3和圖4中借助坐標(biāo)軸76、 78來(lái)表示的坐標(biāo)系。 在此處所述的示例實(shí)施例中，坐標(biāo)系的原點(diǎn)位于設(shè)置標(biāo)記50上。然而， 用戶(hù)也可選擇其它設(shè)置標(biāo)記作為坐標(biāo)系的原點(diǎn)。
具體地，本發(fā)明的優(yōu)選示例實(shí)施例使坐標(biāo)系的原點(diǎn)能夠置于第四設(shè)置 標(biāo)記80在配置平面上的投影中。設(shè)置標(biāo)記80在此例如是在開(kāi)關(guān)盒上。在 優(yōu)選示例實(shí)施例中，用戶(hù)還可自由地選擇坐標(biāo)軸的方向。
根據(jù)步驟82,確定參考標(biāo)記52、 54的位置并將其存儲(chǔ)在配置數(shù)據(jù)記 錄中。如果多個(gè)參考標(biāo)記52、 54布置于照相機(jī)16、 18的公共拾取區(qū)域 36中，則用戶(hù)可選擇或取消選擇所有或單獨(dú)的參考標(biāo)記。正是所選的參 考標(biāo)記32、 54的位置在監(jiān)視設(shè)備10在操作時(shí)皿視和評(píng)估。
根據(jù)步驟84，確定監(jiān)視空間并以疊加到實(shí)際圖像30"中的幾何元素 66、 68的形式用圖形指示監(jiān)視空間。
在本發(fā)明的優(yōu)選示例實(shí)施例中，用戶(hù)可在實(shí)際圖〗象30"中借助鼠標(biāo)用 圖形生成幾何元素86、 88。在特別優(yōu)選的實(shí)施例中，用戶(hù)具有預(yù)備的幾 何元素的庫(kù)(在此未示出)，從該庫(kù)中用戶(hù)可選擇和M化適當(dāng)?shù)膸缀卧?素。
另外，如果各幾何元素具有與配置平面74垂直的側(cè)面卯則是優(yōu)選的， 因?yàn)檫@產(chǎn)生了可容易ilM^查彼此之間的連接的簡(jiǎn)單的監(jiān)視空間。然而，在 另 一示例實(shí)施例中，有可能用戶(hù)還可參數(shù)化側(cè)壁卯的角度位置和/或側(cè)壁 卯的輪廓的路線。
在根據(jù)圖4的示例實(shí)施例中，假設(shè)用戶(hù)可生成被組合以形成幾何元素 的排列的多個(gè)幾何元素86、 88。通過(guò)這種方式，可^目對(duì)簡(jiǎn)易的幾何元 素86、 88容易地構(gòu)造復(fù)雜的監(jiān)視區(qū)域。
在本發(fā)明的優(yōu)選示例實(shí)施例中，用戶(hù)還必須為各幾何元素86、 88指 定這是報(bào)警區(qū)域38、保護(hù)區(qū)域40，還是根本不受監(jiān)視設(shè)備10監(jiān)視和評(píng)估 的區(qū)域(消隱)。
當(dāng)已經(jīng)完成對(duì)各個(gè)幾何元素86、 88的確定時(shí)，根據(jù)步驟92在配置數(shù) 據(jù)記錄中存儲(chǔ)幾何元素86、 88的位置。在這一過(guò)程中，確定各幾何元素 86、 88相對(duì)于配置平面74的位置。由于在配置平面74和實(shí)際的設(shè)置標(biāo) 記46、 48、 50之間限定的關(guān)系，所以在虛擬幾何元素(等同于監(jiān)視區(qū)域)
的位置和實(shí)際空間坐標(biāo)之間有明確的關(guān)系。
在步驟92，以如下方式在配置數(shù)據(jù)記錄中存儲(chǔ)幾何元素的位置，使 得評(píng)估單元20將作為監(jiān)視區(qū)域的幾何元素86、 88的位置和范圍納入考慮 之中。
根據(jù)步驟94，然后經(jīng)由數(shù)據(jù)鏈路29將配置數(shù)據(jù)記錄轉(zhuǎn)移到評(píng)估單元20。
根據(jù)步驟96，然后借助測(cè)試體由"觸犯"監(jiān)視區(qū)域的人42執(zhí)行對(duì)配置 的監(jiān)視區(qū)域的功能測(cè)試。
以與當(dāng)監(jiān)視設(shè)備10在操作時(shí)相同的方式借助照相機(jī)16、 18來(lái)記錄該 過(guò)程。所記錄的圖傳被轉(zhuǎn)移到配置設(shè)備24。 一旦評(píng)估單元20檢測(cè)到對(duì)監(jiān) 視區(qū)域的觸犯，對(duì)應(yīng)的信號(hào)被發(fā)送到配置設(shè)備24。配置設(shè)備24然后存儲(chǔ) 相關(guān)聯(lián)的實(shí)際圖像并以功能測(cè)試協(xié)議將其存檔。
當(dāng)成功地完成了所有功能測(cè)試時(shí)，可結(jié)^t監(jiān)視設(shè)備10的配置。根 據(jù)步驟98，有利地去除i史置標(biāo)記46、 48、 50，從而防止對(duì)配置的操作。
配置數(shù)據(jù)記錄有利地通過(guò)使用錯(cuò)誤防護(hù)措施從配置設(shè)備24被轉(zhuǎn)移到 評(píng)估單元20。這些可包括以下步驟中的一個(gè)或多個(gè)步驟
1. 對(duì)用于發(fā)送的配置設(shè)備的認(rèn)證，
2. 對(duì)用于接收的評(píng)估單元20的明確指定，
3. 發(fā)送連接號(hào)以保證在命令序列的情況下的連續(xù)授權(quán)，
4. 通過(guò)使用數(shù)據(jù)保護(hù)措施如CRC保證數(shù)據(jù)表現(xiàn)(data representation) 和一致性，以及
5. 加密有用數(shù)據(jù)以保*密性。 總體上實(shí)施以下安全方面和機(jī)制
-機(jī)密性消息應(yīng)當(dāng)只有在各情況下所尋址的接收方才可讀??；出于 這一目的而^f吏用加密；
-授權(quán)配置系統(tǒng)的用戶(hù)必須證明其授權(quán)，
隱數(shù)據(jù)一致性在配置設(shè)備和評(píng)估單元之間的數(shù)據(jù)傳輸必須無(wú)改變地 到達(dá)接收方，
-可信性消息必須已由聲稱(chēng)的發(fā)送方可證實(shí)地創(chuàng)建，即發(fā)送方必須 可證實(shí)地標(biāo)識(shí)自身，-責(zé)任消息的發(fā)送方不應(yīng)能夠否認(rèn)其是消息的始發(fā)方；這優(yōu)選地通
過(guò)適當(dāng)?shù)暮灻麃?lái)實(shí)施。
另夕卜，如果評(píng)估單元20本身檢查所接收的保護(hù)空間配置則是優(yōu)選的。 第一檢查步驟包括似真性(plausibility)測(cè)試。具體而言，這是檢查是否 所有配置的監(jiān)視空間都在公共拾取區(qū)域36內(nèi)。
如果評(píng)估單元20借助用戶(hù)在配置設(shè)備24中輸入的數(shù)據(jù)來(lái)重復(fù)對(duì)監(jiān)視 區(qū)域的計(jì)算以便以這一方式提供實(shí)現(xiàn)檢錯(cuò)的冗余度(redundancy)則也是 優(yōu)選的。為此，評(píng)估單元20僅需要可經(jīng)由數(shù)據(jù)鏈路29發(fā)送到評(píng)估單元 20的由用戶(hù)輸入的配置數(shù)據(jù)。
特別是如果配置設(shè)備24包括常規(guī)的且因而是無(wú)鐐溪防護(hù)的PC，則在 評(píng)估單元20中和借助評(píng)估單元20來(lái)檢查配置是有利的。
權(quán)利要求
1.一種方法，用于配置用于監(jiān)視空間區(qū)域(36)的監(jiān)視設(shè)備(10)，其中所述監(jiān)視設(shè)備(10)包括生成所述空間區(qū)域(12)的三維圖像(30)的至少一個(gè)圖像拾取單元(16，18)，所述方法包括以下步驟-記錄和顯示所述空間區(qū)域(12)的所述三維圖像(30)，-確定所述三維圖像(30)中的多個(gè)空間點(diǎn)(46，48，50)，-使用所述空間點(diǎn)(46，48，50)來(lái)限定配置平面(74)，-關(guān)于所述配置平面(74)生成至少一個(gè)可變幾何元素(86，88)，該至少一個(gè)可變幾何元素(86，88)疊加到所述圖像(30)上，-生成表示所述幾何元素(86，88)到所述空間區(qū)域(12)的變換的數(shù)據(jù)記錄，以及-將所述數(shù)據(jù)記錄轉(zhuǎn)移到所述監(jiān)視設(shè)備(10)，其中所述監(jiān)視設(shè)備(10)被設(shè)計(jì)成使用所述數(shù)據(jù)記錄來(lái)監(jiān)視所述空間區(qū)域(12)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中將多個(gè)設(shè)置標(biāo)記(46， 48， 50) 放置于所述空間區(qū)域(12)中以便確定所述圖像(30)中的所述空間點(diǎn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中在所述圖像中自動(dòng)地尋找所述 設(shè)置標(biāo)記(46， 48, 50)并用符號(hào)(70)來(lái)標(biāo)記所述i殳置標(biāo)記(46， 48, 50 )。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其中在使所述監(jiān)視設(shè)備(10) 進(jìn)行操作之前去除所述設(shè)置標(biāo)記(46， 48, 50)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中的一項(xiàng)所述的方法，其中確定至少三個(gè)空 間點(diǎn)(46， 48， 50)，該三個(gè)空間點(diǎn)(46, 48， 50)不在同一直線上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中借助所述至少三個(gè)空間點(diǎn)(46， 48， 50)來(lái)確定所述配置平面(74)，以及其中確定在所述配置平面(74) 以外的第四空間點(diǎn)(80)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中的一項(xiàng)所述的方法，其中所述配置平面(74) 圖形地疊加到顯示的所述圖像(30，)上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l至7中的一項(xiàng)所述的方法，其中所述可變幾何元 素(86， 88)圖形地疊加到顯示的所述圖像(30，，)上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中的一項(xiàng)所述的方法，其中所述幾何元素(86， 88)具有與所述配置平面(74)垂直的側(cè)面(卯)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中的一項(xiàng)所述的方法，其中確定并相互組合 多個(gè)幾何元素(86, 88)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至10中的一項(xiàng)所述的方法，其中將多個(gè)參考標(biāo) 記(52， 54)放置于所述空間區(qū)域(12)中并與所述圖像(30，) 一起記 錄，且其中對(duì)各參考標(biāo)記(52， 54)確定參考位置。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1至11中的一項(xiàng)所述的方法，其中所述監(jiān)視設(shè)備 (10)包括至少第一和第二圖像拾取單元(16， 18)，該第一和第二圖像拾取單元(16, 18)相對(duì)于彼此在空間上偏移地布置，并生成所述空間區(qū) 域(12)的第一圖像和部分偏移的第二圖像(32， 34)，其中所述第一圖 像和第二圖像(32， 34)的公共圖像區(qū)域(36)顯示為三維圖像(30)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1至12中的一項(xiàng)所述的方法，其中所述數(shù)據(jù)記錄 限定與所述幾何元素U6， 48， 50)對(duì)應(yīng)的所述空間區(qū)域(12)的部分(38， 40)，其中物體(42)被引入所述空間區(qū)域的所述部分(38)中，且其中 在引入所述部分(38)中的過(guò)程中所述物體(42)的實(shí)況圖傳被記錄并且 被存檔。
14. 一種計(jì)算;bl^呈序，具有被設(shè)計(jì)成當(dāng)所述計(jì)算^^呈序在計(jì)算機(jī)上執(zhí) 行時(shí)執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至13中的一項(xiàng)所述的方法的程序代碼。
15. —種用于監(jiān)視空間區(qū)域(12)的監(jiān)視設(shè)備，包括用于生成所述空 間區(qū)域的三維圖像(30)的至少一個(gè)圖像拾取單元(16， 18)、用于根據(jù) 所述圖像(30)來(lái)觸發(fā)控制功能的評(píng)估單元(20)以及用于配置所述評(píng)估 單元(20)的配置設(shè)備(24)，所述配置設(shè)備(24)包括-顯示器(28),用于顯示所述空間區(qū)域的所述三維圖像(30),-第一配置元件(68)，用于確定所述三維圖4象(30)中的多個(gè)空間點(diǎn) (46， 48， 50)，醒第二配置元件(72),用于通過(guò)4吏用所述空間點(diǎn)(46， 48， 50)來(lái)限 定配置平面(74),-第三配置元件(84)，用于關(guān)于所述配置平面(74)生成至少一個(gè)可 變幾何元素(86, 88)，其中所述第三配置元件(84)被布置成將所述可 變幾何元素(86, 88)疊加到所述圖像(30)中， 畫(huà)第四配置元件(92),用于生成表示所述幾何元素(86, 88)到所述 空間區(qū)域的變換的數(shù)據(jù)記錄，以及-通信接口 (29)，用于將所述數(shù)據(jù)記錄轉(zhuǎn)移到所述評(píng)估單元(20)， 其中所述評(píng)估單元(20 )被設(shè)計(jì)成使用所述數(shù)據(jù)記錄來(lái)監(jiān)視所述空間區(qū)域 (12 )。
全文摘要
一種用于監(jiān)視空間區(qū)域的監(jiān)視設(shè)備包括至少一個(gè)圖像拾取單元。記錄和顯示空間區(qū)域的三維圖像(30”)以便配置監(jiān)視設(shè)備。使用已在三維圖像(30”)中確定的多個(gè)空間點(diǎn)(46，48，50)來(lái)限定配置平面(74)。隨后關(guān)于配置平面(74)限定至少一個(gè)可變幾何元素(86，88)。將表示幾何元素(86，88)到空間區(qū)域的變換的數(shù)據(jù)記錄轉(zhuǎn)移到監(jiān)視設(shè)備。
文檔編號(hào)F16P3/14GK101346744SQ200680048566
公開(kāi)日2009年1月14日 申請(qǐng)日期2006年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月22日
發(fā)明者奧利弗·富克斯, 詹姆士·薩格魯, 迪特馬爾·德特林 申請(qǐng)人:皮爾茨公司